Слухаючи океану. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

Слухаючи океану. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Ви звертали, напевно, увагу: стосовно морів, океанів слово "таємниця" вживається так само часто, як і стосовно космосу. Це не випадково. Дослідження океану дуже важкі. І хоча знання про цю стихію весь час збираються, незрозумілого і сьогодні дуже багато.

У чому ж проблеми? Адже з борту дослідницького судна можна опустити на будь-яку глибину прилади та визначити склад морської води, солоність, швидкість та температуру течій. Стежити за життям моря допомагають глибоководні телекамери. Є й батискафи, у яких можна опускатися на великі глибини.

Це все так. Але море мінливе. І якщо так звані стаціонарні течії, з кожним днем, з кожним роком наступні в одному напрямку і на одній глибині, дійсно вивчити відносно просто, то як бути з обуреннями води, що виникають і зникають протягом декількох годин? Як дослідити кільцеві підводні вихори, що породжують, на думку вчених, циклони або антициклони, що змінюють погоду на всій земній кулі? Адже часу на те, щоби "намацати" їх, зондуючи приладами глибини, просто немає. Навіть стежити за рухом косяків риби, щоб давати чіткі команди рибальським судам, непросто та дорого. Для цього доводиться утримувати мало не цілий повітряний флот, причому ефективність його не така вже й велика, тому що виявити з повітря одвірок можна лише на відносно невеликій глибині. Тому вже давно вчені шукають метод, який дозволив би отримати докладну і цілісну картину явищ, що відбуваються в морі, а не лише уривчасті дані, отримані в точках, куди дослідницькі судна опустили свої вимірювальні прилади.

Звичайно, найпривабливіше було б просвітити товщу води будь-яким випромінюванням, на зразок того, як рентгенівський апарат просвічує бетонні панелі будинків, показуючи на фотоплівці всі їхні дефекти. Але у воді рентгенівське проміння згасає, не пробігши і десятка метрів. Так само швидко загасають і радіохвилі. Тож і радіолокатор під водою виявився б сліпим. Швидко розсіюються і світлові промені. Залишається звук...

Фахівці давно знають, що звук поширюється у воді на значні відстані. Але чи придатний він для використання у підводному локаторі?

Слухаючи океан
Так влаштований підводний динамік

Щоб відповісти на це питання, вчені з Інституту загальної фізики АН СРСР поставили такий експеримент: на підводній частині дослідницького судна закріпили випромінювач звуку – масивний металевий циліндр із двома кришками-мембранами та електромагнітом усередині. До обмоток електромагніту підключили генератор напруги звукової частоти, і судно вийшло у відкрите море.

Слухаючи океан
Ось ще одна із загадок океану: чим далі йде судно від берега, тим більше амплітуда звуку, який приймає гідролокатор

Ішов час. Судно йшло далі, а встановлений біля берега гідрофон впевнено приймав його сигнал. Навіть 400 кілометрів відстані майже не послабили звукову нитку, що зв'язує судно з берегом, - гідрофон, як і раніше, чітко приймав звук випромінювача.

Вийшло, що біля берега можна приймати звукову луну процесів, що відбуваються в морі та за тисячі кілометрів від гідрофону. Це й спробували зробити, але, прослухавши сигнали гідрофону, які в іншому експерименті протягом кількох діб поспіль записував магнітофон, вчені виявили щось, що не розшифровується: на магнітній стрічці виявилася хаотична суміш усіх можливих звуків, від інфранізких до ультрависоких. Розібратися в подібній звуковій каші не допомогла б жодна ЕОМ.

Стало ясно, що прослуховувати море безперспективно. Потрібно його зондувати, саме промацувати власним звуком, на зразок того, як це робить локатор. Втім, принцип, на якому працює локатор, фізикам не підходив. Ви знаєте, напевно, що локатор посилає в небо радіосигнали та вловлює їхнє відображення. Можна було припустити, що одвірок риби у воді теж здатний відобразити звуковий сигнал, що потрапив на нього - щільність його відрізняється від щільності води. Але кільцевий вихор або течія швидше за все не відобразять звук або відобразять дуже слабко. Адже вода і є вода, і звуку байдуже, спокійна вона чи рухається. Тому випромінювач звуку та гідрофон вирішили рознести на відстань у десятки кілометрів. Розрахунок був на те, що обурення води або той же одвірок риби, що опинився між ними, хоч трохи, але завадять звуку поширюватися у воді, спотворять його амплітуду чи фазу. А щоб у підсилювач гідрофону не потрапляли сторонні сигнали, у нього вирішили вбудувати фільтр, який дуже точно налаштований на частоту випромінювача звуку.

Далі слід подумати про повну схему звукового зондування моря. І тут фізики насамперед згадали про ефект Доплера.

Ви, напевно, не раз стикалися з цим ефектом. Згадайте: коли до станції наближається електричка, гудок її вище, ніж коли вона пройшла повз нього. Це відбувається тому, що спочатку швидкості звуку та електрички складаються, звук летить швидше, і частота його для нерухомого спостерігача стає вищою. Потім швидкість електрички вже віднімається від швидкості звуку. Частота його знижується.

Для широкосмугового приймача звуку, як вухо, це неважливо. Але якщо він налаштований тільки на частоту гудку, як гідрофон на частоту випромінювача, то ні більш висока, ні нижча частоти не буде чути. Тому випромінювач звуку вирішили встановити на дні моря нерухомо, а не на судні, яке своїм рухом могло б змінити частоту.

Слухаючи океан
На цьому малюнку добре видно, як відрізняються фази сигналів через те, що кабель з гідрофонами укладений не точно по радіусу

Одного гідрофону для точного аналізу було недостатньо, як розсудили вчені. Щоб перекрити якнайбільше простір, приймачів звуку потрібно хоча б кілька десятків. Тоді вдасться не тільки зареєструвати одвірок риби або кільцевий вихор, а й стежити за їх переміщеннями. Тобто можна буде створити якусь просторову картину обурень у морі та з'ясовувати, що це обурення викликало.

Довго можна розповідати, як готували апаратуру для експерименту - вбудовували в гідрофони спеціальні попередні підсилювачі, здатні і чути слабкі сигнали, і не "глухнути" від надто сильних, як шукали варіанти захисту їх від тиску води та від корозії, як обирали найцікавіший з точки зору науки ділянка моря... Складнощів при підготовці було чимало. Чекали вони вчених і під час експерименту.

Після того, як випромінювач звуку та півсотні гідрофонів на загальному кабелі занурили на дно моря і включили всі прилади, замість очікуваного сигналу дослідники побачили на екрані осцилографа п'ятдесят сигналів з різними фазами – всі гідрофони працювали не разом, а вроздріб.

Причина виявилася простою: для того, щоб усі гідрофони працювали, як кажуть, в унісон, відстань від кожного з них до випромінювача звуку має бути однаковою. Тоді всі сигнали надійдуть на них в одній фазі. Але на стометрову глибину кабель не укласти ідеально рівно, з точністю до мікронів. Як він ляже на дно – справа випадковості.

І все ж таки гідрофони вдалося змусити працювати в одній упряжці. Фізики вирівняли фази з дуже високою точністю, розробивши спеціальні електронні фазозсувні пристрої. І тепер стаціонарна траса – так назвали фахівці свій підводний звуковий локатор – вже дає інформацію. Зараз теоретики аналізують її, шукаючи закономірності, які дозволять точно визначити, що означає те чи інше спотворення сигналу, якому явище у морі воно відповідає.

У перспективі такі траси вчені думають встановити на всіх морях та океанах. І недалеко, мабуть, час, коли таємниць у них стане набагато меншим.

Автор: А.Фін

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Сонце червоне зійде

▪ Дзеркало для телескопа

▪ Міні-мікроскоп

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Супертонкий матеріал для акумуляторів 07.10.2021

Американські вчені розробили надтонкий матеріал, який дозволить створити інноваційні батареї та інші пристрої для перетворення енергії.

Професор Північно-Західного університету Меркуріос Канадзидіс у співпраці з дослідниками з Аргонського національної лабораторії шукав надпровідник з незвичайними властивостями і несподівано створив інший надматеріал зі срібла, калію та селеніуму (a-KAg3Se2). Його структура складається з 4-х шарів, а товщина складає всього 4 атоми, що дозволяє вперше вивчати рух заряджених частинок у двовимірному просторі.

За допомогою суперіонних провідників заряджені іони переміщуються в твердому матеріалі так само вільно, як і рідких електролітах, що містяться в батареях. Такий матеріал легко проводить електрику, проте погано проводить тепло, а отже, майже не нагрівається. Обидві ці властивості роблять суперіонні провідники суперматеріалами для пристроїв зберігання та перетворення енергії.

Вчені зробили висновок про особливі властивості матеріалу після того, як нагріли його до 232 і 315 градусів за Цельсієм. Вони помітили перехід до більш симетричної структури із чотирьох шарів. Як виявилося, процес оборотний – достатньо знову знизити та підвищити температуру. Після переходу іони срібла почали погойдуватися так само, якби знаходилися всередині сильно солоного водяного електроліту - одного з найшвидших іонних провідників, відомих на даний момент.

Навіть якщо матеріал, що отримав назву a-KAg3Se2, не зможуть використовувати для виготовлення акумуляторів, він стане у нагоді для вивчення поведінки іонів та створення інших 2D-матеріалів з високою іонною провідністю та низькою теплопровідністю.

Дослідження суперіонного матеріалу можуть бути корисними для розробки нових термоелектриків, що перетворюють тепло в електрику на електростанціях і навіть з вихлопних газів автомобілів. Напрацювання пропонують також використовувати для створення очисних мембран для фільтрів та опріснення води.

Інші цікаві новини:

▪ Метод багаторазового збільшення точності вимірювань частоти

▪ Новий хімічний елемент

▪ Інформаційний двигун

▪ Кишкові бактерії керують кишковим годинником

▪ Картки Eye-Fi Mobi для передачі знімків бездротовим каналом

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Мистецтво аудіо. Добірка статей

▪ стаття За Кукіні гори. Крилатий вислів

▪ стаття Чи можуть тварини плакати чи сміятися? Детальна відповідь

▪ стаття Тополя чорна. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Цифровий вимірювач частоти прийому. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Потужний перетворювач для живлення побутових електроприладів, 100 Вт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт